(57)【要約】【課題】均質燃焼時における吸気弁への燃料付着による機関出力の低下やスモークの発生を抑制することのできる筒内直噴ガソリンエンジンを提供する。【解決手段】気筒内へ燃料を直接的に噴射するインジェクタ８を備える筒内直噴ガソリンエンジンにおいて、所定のリフト量に開弁された吸気弁３とインジェクタ８から噴射される燃料噴霧との干渉を避けるべく、燃料噴霧の噴射期間を変更補正する噴射期間変更補正手段を備える。【選択図】図１
2007291887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内へ燃料を直接的に噴射する燃料噴射装置を備える筒内直噴ガソリンエンジンにおいて、
所定のリフト量に開弁された吸気弁と前記燃料噴射装置から噴射される燃料噴霧との干渉を避けるべく、前記燃料噴霧の噴射期間を変更補正する噴射期間変更補正手段を備えることを特徴とする筒内直噴ガソリンエンジン。
【請求項２】
前記噴射期間変更補正手段は、前記燃料噴射装置からの前記燃料噴霧の噴射期間が前記吸気弁のリフト量が所定値を超える所定開弁期間と重なり、噴射終了時期が前記所定開弁期間の開始時期より遅いと予測されるときは、前記所定開弁期間の前後に分割噴射するように前記燃料噴霧の噴射期間を変更補正することを特徴とする請求項１に記載の筒内直噴ガソリンエンジン。
【請求項３】
前記噴射期間変更補正手段は、前記燃料噴射装置からの前記燃料噴霧の噴射期間が前記吸気弁のリフト量が所定値を超える所定開弁期間と重なり、噴射開始時期が前記所定開弁期間の開始時期より遅いと予測されるときは、前記所定開弁期間の終了後に噴射するように前記燃料噴霧の噴射期間を変更補正することを特徴とする請求項１に記載の筒内直噴ガソリンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内直噴ガソリンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒内へ直接的に燃料を噴射することにより、燃料噴射量を必要最小限として燃料消費率の悪化を防止する筒内直噴ガソリンエンジンが公知である。このような筒内直噴ガソリンエンジンにおいて、吸気行程での燃料噴射によって気筒内に均質混合気を形成して均質燃焼を実施することが意図されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、一般的に、筒内直噴ガソリンエンジンでは、噴射燃料の微粒化を促進するために、燃料噴射弁は燃料を先拡がり形状で噴射する。その結果、燃料噴射弁から噴射される燃料は、吸気行程においてリフト（開弁）されている吸気弁へ衝突することがある。こうして噴射燃料が吸気弁に衝突すると、一部の燃料は吸気弁に付着し、特に、吸気弁の温度が低い時には、付着燃料は吸気行程中において完全に蒸発せず、それにより、気筒内へは必要量の燃料が供給されないこととなって機関出力が低下する。
【０００４】
そこで、このような吸気弁への燃料付着を回避する技術として、特許文献２には、燃料噴射弁からの燃料噴霧の中心軸線を斜め下方向に向けると共に、先拡がりの扇形状の燃料噴霧の厚さ方向中心平面が二つの吸気弁の間を通る垂直平面に略一致するように噴射することが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、内燃機関の温度に応じて噴射時期を変え、例えば、温度が低いときには噴射時期を遅らせて冷たいピストンヘッドでのウォールフィルムの形成を抑制するようにした技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３４５８４７号公報
【特許文献２】特開２００４−２１８６０３号公報
【特許文献３】特表２００４−５０７６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、筒内直噴ガソリンエンジンにおいては、吸気弁がリフトされている吸気行程に燃料が噴射される均質燃焼時での混合気の均質性を向上させるために、燃料は燃焼室の上方を狙って噴射されることが望まれている。
【０００８】
しかしながら、燃料を燃焼室の上方を狙って噴射するようにすると、上述のように、吸気弁への衝突ないしは干渉が生じ、一部の燃料の吸気弁への付着による機関出力の低下となる。そして、特に、吸気弁の傘部燃焼室側へ燃料が付着すると蒸し焼き状態となりスモークが発生し易くなる。
【０００９】
従って、本発明の目的は、均質燃焼時における吸気弁への燃料付着による機関出力の低下やスモークの発生を抑制することのできる筒内直噴ガソリンエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態に係る筒内直噴ガソリンエンジンは、気筒内へ燃料を直接的に噴射する燃料噴射装置を備える筒内直噴ガソリンエンジンにおいて、所定のリフト量に開弁された吸気弁と前記燃料噴射装置から噴射される燃料噴霧との干渉を避けるべく、前記燃料噴霧の噴射期間を変更補正する噴射期間変更補正手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記噴射期間変更補正手段は、前記燃料噴射装置からの前記燃料噴霧の噴射期間が前記吸気弁のリフト量が所定値を超える所定開弁期間と重なり、噴射終了時期が前記所定開弁期間の開始時期より遅いと予測されるときは、前記所定開弁期間の前後に分割噴射するように前記燃料噴霧の噴射期間を変更補正することが好ましい。
【００１２】
また、前記噴射期間変更補正手段は、前記燃料噴射装置からの前記燃料噴霧の噴射期間が前記吸気弁のリフト量が所定値を超える所定開弁期間と重なり、噴射開始時期が前記所定開弁期間の開始時期より遅いと予測されるときは、前記所定開弁期間の終了後に噴射するように前記燃料噴霧の噴射期間を変更補正することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一形態によれば、燃料噴霧の噴射期間を変更補正する噴射期間変更補正手段により、所定のリフト量に開弁された吸気弁と燃料噴射装置から噴射される燃料噴霧との干渉が避けられるので、吸気弁へ燃料が付着することがなく、機関出力の低下やスモークの発生が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明による筒内直噴ガソリンエンジンの最良の実施形態につき添付図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は筒内直噴ガソリンエンジン１０の一実施形態を示す概略縦断面図である。同図において、１は吸気ポート、２は排気ポートである。吸気ポート１はその開口部１Ａを開閉する傘部３Ａを有するポペット式の吸気弁３を介して、排気ポート２はその開口部２Ａを開閉する傘部４Ａを有するポペット式の排気弁４を介して、それぞれ気筒内へ通じている。５はピストンであり、６は気筒上部中心近傍において気筒上壁から燃焼室７に突出している点火プラグである。８は気筒上部周囲の吸気ポート１側に配置された燃料噴射装置としてのインジェクタである。
【００１６】
本実施の形態における筒内直噴ガソリンエンジン１０では、図２に示すように、インジェクタ８が並列に形成されている吸気ポート１、１の間で、燃焼室７の中心線方向に向けて配置されている。そして、このインジェクタ８は先拡がり形状で比較的厚さの薄い扇形状の燃料噴霧を噴射するスリットノズルインジェクタとされている。
【００１７】
インジェクタ８から噴射される燃料は確実に気筒内へ供給されるので、インジェクタ８からは必要最小量の燃料が噴射されれば良く、燃料消費率の悪化を防止することができる。本実施形態における筒内直噴ガソリンエンジン１０は、吸気行程においてインジェクタ８から燃料を噴射して気筒内に均質混合気を形成する均質燃焼および圧縮行程後半に燃料を噴射することによる弱成層燃焼を実施する。均質燃焼に際して、噴射燃料の気化を促進するために、インジェクタ８は燃料を燃焼室の上方を狙って、先拡がりで厚さの薄い扇形状に噴射される。
【００１８】
また、エンジン１０には、エンジン１０の回転数を検出するための不図示のクランク角センサ（以下、回転数センサと称す）や要求負荷（アクセル開度）を検出するためのアクセル開度センサ、吸入空気量を計測するエアフローメータ、さらに、エンジン１０の冷却水温を検出する水温センサ等の各種センサが設けられている。そして、これらの各種センサの出力がマイクロコンピュータ等で構成される不図示の電子制御ユニットに送られるようになっている。
【００１９】
電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）は、上述の各種センサから送られてきた出力値に応じて、燃料噴射量、燃料噴射時期および点火時期等を制御する。なお、燃料噴射量、燃料噴射時期および点火時期等の制御のために使用される基本的な制御値は、例えば縦軸に吸入空気量等で代表されるエンジンの負荷をとり、横軸にエンジン回転数をとったエンジン１０の運転状態を表す基本マップに、エンジン１０の要求特性等に合わせて実験的に求めた最適値が制御値として設定されており、これらの基本マップは電子制御ユニットのＲＯＭに保存されている。
【００２０】
そこで、本発明の実施形態による制御の一形態につき、図３に示すフローチャートを参照して説明する。なお、この制御ルーチンは例えば所定のクランク角毎に実行される。すなわち、制御が開始されるとステップＳ３０１において、エンジン運転状態を表すパラメータとして、エアフローメータにより検出される、エンジン負荷を表す吸入空気量Gaおよび回転数センサによるエンジン回転数ｎが読込まれる。そして、次のステップＳ３０２に進み、上記吸入空気量Gaおよびエンジン回転数ｎに基づき基本マップから所定の燃料噴射量である燃料噴射時間tauが取得され、次のステップＳ３０３において同じく基本マップから燃料噴射開始時期s0が取得される。
【００２１】
次に、ステップＳ３０４において、上記ステップで取得されたエンジン回転数ｎおよび燃料噴射時間tauに基づき、これらの関数として、燃料噴射期間ｘ（＝ｆ（n, tau））が算出される。そして、ステップＳ３０５に進み、この算出された燃料噴射期間ｘおよび燃料噴射開始時期s0を用いて燃料噴射終了時期e0（＝s0−x）が求められる。
【００２２】
なお、この燃料噴射期間ｘはクランク角（deg）で表され、以下の説明においても、「期間」についてはクランク角で表される。また、「時期」については上死点（ＴＤＣ）を基準（０deg）として上死点前のクランク角（degＢＴＤＣ）で表される。従って、後述する図４に示される燃料噴射開始時期s0や燃料噴射終了時期e0を示すクランク角（deg）の値は相対的に左側の方が大きな値となる。
【００２３】
ここで、以下の説明の理解の容易化を図るために、図４における吸気弁リフトカーブＬｃを参照して、インジェクタ８から噴射される燃料噴霧が吸気弁３の傘部３Ａに衝突することにより、特にその傘部燃焼室側に燃料が付着し易くなる状況、いわゆる燃料噴霧と吸気弁３との干渉の開始時期a1および終了時期a2について説明する。今、吸気弁３が上死点（ＴＤＣ）付近で開弁開始されると仮定すると、そのリフト量が最大リフト（例えば、１０ｍｍ）に至る途中の所定値Ｌｓを超える期間が上述の燃料噴霧と吸気弁との干渉期間Ｉｔとなる。従って、図４の吸気弁リフトカーブＬｃと所定リフト量値Ｌｓとの交点がそれぞれ干渉の開始時期a1および終了時期a2となる。なお、吸気弁の可変バルブタイミング機構を備えたエンジンでは、この干渉の開始時期a1および終了時期a2とこれらの間の干渉期間ＩｔとがＴＤＣに関して変更されることになる。
【００２４】
これらの干渉の開始時期a1および終了時期a2の値は、吸気弁の可変バルブタイミング機構による吸気弁３の開閉タイミングに関連付けて実験的ないしは計算により求められ、マップ化されて電子制御ユニットのＲＯＭに保存されており、これらが図３のフローチャートの次のステップＳ３０６で求められる。
【００２５】
そして、次のステップＳ３０７では、ステップＳ３０３で取得した燃料噴射開始時期s0が上述の干渉の開始時期a1より大きい（早い）か否かが判定される。肯定、すなわち、「yes」のときはステップＳ３０８に進み、否定、すなわち、「no」のときはステップＳ３１１に進み、後述するように燃料噴霧の噴射期間が変更補正される。
【００２６】
一方、ステップＳ３０７において、燃料噴射開始時期s0が干渉の開始時期a1より大きい（早い）と判定されたときに進むステップＳ３０８では、燃料噴射終了時期e0が干渉の開始時期a1より大きい（早い）か否かが判定される。そして、ステップＳ３０８において、肯定、すなわち、「yes」のときはステップＳ３０９に進み、後述するように燃料噴霧の噴射期間は変更補正されない。他方、否定、すなわち、「no」のときはステップＳ３１０に進み、後述するように燃料噴霧の噴射期間が変更補正される。
【００２７】
ここで、上述のステップＳ３０７およびＳ３０８で行なわれる判定と、その判定の結果に基づきステップＳ３１１、Ｓ３０９およびＳ３１０において燃料噴霧の噴射期間の変更補正として設定される内容とを、図４のタイムチャートをも参照してより具体的に説明する。図４においては、上述の吸気弁リフトカーブＬｃとの関係で、インジェクタ８から噴射される燃料噴霧の噴射開始時期（s0, s1）、噴射終了時期（e0, e1, e2）およびそれらの噴射期間(x)が、補正前および補正後に分けてそれぞれ示されている。ここで、補正前には上述のステップＳ３０７およびＳ３０８で行なわれる判定の対象となる、単に運転状態に基づき得られる予測としての仮の噴射開始時期s0、噴射終了時期e0およびそれらの噴射期間xが示され、補正後には判定の結果、ステップＳ３１１、Ｓ３０９およびＳ３１０において設定される、変更補正後に実際にエンジンにおいて実行される１回目または２回目の噴射開始時期s1またはs2、１回目または２回目の噴射終了時期e1またはe2、およびそれらの噴射期間xが示されている。
【００２８】
ここで、図３のフローチャートにおいて、mは、理解の容易化を図るべく、干渉を回避するためにインジェクタ８からの噴射が分割されるか否か、換言すると、分割噴射の有無を示す記号であり、分割噴射されるときをm＝１、分割噴射されないときをm＝０とする。
【００２９】
そこで、上述の判定で、ステップＳ３０３で取得した燃料噴射開始時期s0が干渉の開始時期a1より大きく（ステップＳ３０７：「yes」）、且つ、ステップＳ３０５で求めた燃料噴射終了時期e0が干渉の開始時期a1より大きい（ステップＳ３０８：「yes」）ときに進むステップＳ３０９では、燃料噴霧の噴射期間xが噴霧と吸気弁との干渉期間Ｉｔに重ならないので、燃料噴霧の噴射期間は変更補正されない。すなわち、分割噴射のないm＝０とされると共に、仮の噴射開始時期s0、噴射終了時期e0およびそれらの噴射期間xが、それぞれ、そのまま実際にエンジンにおいて実行される１回目の噴射開始時期s1、１回目の噴射終了時期e1およびそれらの噴射期間xとして設定される（図３および４の＊１参照）。
【００３０】
また、ステップＳ３０３で取得した燃料噴射開始時期s0が干渉の開始時期a1より大きい（ステップＳ３０７：「yes」）が、上述のステップＳ３０８の判定で、ステップＳ３０５で求めた燃料噴射終了時期e0が干渉の開始時期a1より小さい（遅い）ときに進むステップＳ３１０では、燃料噴霧の噴射期間xが噴霧と吸気弁との干渉期間Ｉｔに重なるので、m＝１とされて分割噴射が行われる。そして、実際にエンジンにおいて実行される１回目の噴射開始時期s1および１回目の噴射終了時期e1が、それぞれ、仮の噴射開始時期s0および干渉の開始時期a1に設定される（s1＝s0、e1＝a1）と共に、２回目の噴射開始時期s2が干渉の終了時期a2に設定され（s2＝a2）、さらに２回目の噴射終了時期e2がe2＝a2−（a１−e0）に設定される（図３および４の＊２参照）。なお、図４には、＊２（１）として燃料噴射終了時期e0が干渉期間Ｉｔ中と予測される場合、＊２（２）として燃料噴射終了時期e0が干渉期間Ｉｔ後と予測される場合が示されているが、図３のステップＳ３１０に示すように、干渉期間Ｉｔを避けるべく２回目の噴射開始時期s2および噴射終了時期e2を設定するという意味では同じである。
【００３１】
さらに、ステップＳ３０３で取得した燃料噴射開始時期s0が干渉の開始時期a1より大きくない（ステップＳ３０７：「no」）ときに進むステップＳ３１1では、燃料噴霧の噴射期間xが噴霧と吸気弁との干渉期間Ｉｔに重なるので、燃料噴霧の噴射期間が変更補正される。この場合は、分割噴射のないm＝０とされると共に、仮の噴射開始時期s0、噴射終了時期e0およびそれらの噴射期間xが、それぞれ、実際にエンジンにおいて実行される１回目の噴射開始時期s1として干渉の終了時期a2、１回目の噴射終了時期e1としてe1＝a2−x、およびそれらの噴射期間xとしてそれぞれ設定される（図３および４の＊３参照）。
【００３２】
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、インジェクタ８から吸気行程において噴射される扇形状の燃料噴霧は、吸気弁３が所定のリフト量を超える干渉期間Ｉｔを避けて噴射されるので、吸気弁３へ衝突することなく、気筒内へ微粒化されて拡がり、気筒内には噴射燃料全てを使用した均質混合気が形成される。それにより、吸気弁３への燃料付着が回避されスモークの発生を抑制すると共に、意図する機関出力を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による筒内直噴ガソリンエンジンの実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】図１の筒内直噴ガソリンエンジンの気筒内を燃焼室側からみた底面図である。
【図３】本発明による筒内直噴ガソリンエンジンの燃料噴射制御の一例を示すフローチャートである。
【図４】燃料噴射制御の結果の補正前後の噴射時期と期間を、吸気弁リフトカーブＬｃと共に示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１    吸気ポート
２    排気ポート
３    吸気弁
４    排気弁
５    ピストン
６    点火プラグ
７    燃焼室
８    インジェクタ（燃料噴射装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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